Gli spettrometri a fibra ottica utilizzano solitamente la fibra ottica come accoppiatore di segnale, che viene poi accoppiato fotometricamente allo spettrometro per l'analisi spettrale. Grazie alla praticità della fibra ottica, gli utenti possono realizzare un sistema di acquisizione spettrale con grande flessibilità.
Il vantaggio degli spettrometri a fibra ottica è la modularità e la flessibilità del sistema di misurazione. Il microspettrometro a fibra otticaLo spettrometro sviluppato dalla MUT in Germania è così veloce da poter essere utilizzato per analisi online. Inoltre, grazie all'impiego di rivelatori universali a basso costo, il costo dello spettrometro si riduce, e di conseguenza si riduce anche il costo dell'intero sistema di misurazione.
La configurazione di base di uno spettrometro a fibra ottica è costituita da un reticolo di diffrazione, una fenditura e un rivelatore. I parametri di questi componenti devono essere specificati al momento dell'acquisto dello spettrometro. Le prestazioni dello spettrometro dipendono dalla precisa combinazione e calibrazione di questi componenti; dopo la calibrazione dello spettrometro a fibra ottica, in linea di principio, questi accessori non possono essere modificati.
Introduzione alla funzione
griglia
La scelta del reticolo dipende dall'intervallo spettrale e dai requisiti di risoluzione. Per gli spettrometri a fibra ottica, l'intervallo spettrale è solitamente compreso tra 200 nm e 2500 nm. A causa della necessità di una risoluzione relativamente elevata, è difficile ottenere un ampio intervallo spettrale; allo stesso tempo, maggiore è il requisito di risoluzione, minore è il flusso luminoso. Per esigenze di risoluzione inferiore e intervallo spettrale più ampio, la scelta usuale è un reticolo da 300 linee/mm. Se è richiesta una risoluzione spettrale relativamente elevata, questa può essere ottenuta scegliendo un reticolo da 3600 linee/mm o un rivelatore con una risoluzione in pixel maggiore.
fessura
Una fessura più stretta può migliorare la risoluzione, ma il flusso luminoso è minore; d'altra parte, fenditure più larghe possono aumentare la sensibilità, ma a scapito della risoluzione. In base alle diverse esigenze applicative, si seleziona la larghezza della fessura appropriata per ottimizzare il risultato complessivo del test.
sonda
Il rivelatore determina in qualche modo la risoluzione e la sensibilità dello spettrometro a fibra ottica. La regione fotosensibile sul rivelatore è in linea di principio limitata: viene suddivisa in molti piccoli pixel per ottenere un'alta risoluzione o in un numero minore di pixel più grandi per ottenere un'alta sensibilità. Generalmente, la sensibilità del rivelatore CCD è migliore, quindi è possibile ottenere una risoluzione migliore senza compromettere la sensibilità, entro certi limiti. A causa dell'elevata sensibilità e del rumore termico del rivelatore InGaAs nel vicino infrarosso, il rapporto segnale/rumore del sistema può essere efficacemente migliorato mediante la refrigerazione.
Filtro ottico
Grazie all'effetto di diffrazione multistadio dello spettro stesso, l'interferenza dovuta a tale diffrazione può essere ridotta mediante l'utilizzo di un filtro. A differenza degli spettrometri convenzionali, gli spettrometri a fibra ottica hanno il rivelatore rivestito con un trattamento, che deve essere installato in fabbrica. Allo stesso tempo, il rivestimento svolge anche una funzione antiriflesso e migliora il rapporto segnale/rumore del sistema.
Le prestazioni di uno spettrometro sono determinate principalmente dalla gamma spettrale, dalla risoluzione ottica e dalla sensibilità. Una modifica a uno di questi parametri in genere influisce sulle prestazioni degli altri.
La sfida principale nella progettazione di uno spettrometro non è massimizzare tutti i parametri in fase di produzione, bensì far sì che gli indicatori tecnici dello spettrometro soddisfino i requisiti prestazionali per le diverse applicazioni, in questo spazio tridimensionale. Questa strategia consente allo spettrometro di soddisfare i clienti, massimizzando il ritorno sull'investimento. Le dimensioni del cubo dipendono dagli indicatori tecnici che lo spettrometro deve raggiungere e sono correlate alla sua complessità e al suo prezzo. Gli spettrometri devono soddisfare pienamente i parametri tecnici richiesti dai clienti.
intervallo spettrale
SpettrometriGli spettrometri con un intervallo spettrale più ristretto solitamente forniscono informazioni spettrali più dettagliate, mentre quelli con un intervallo spettrale più ampio offrono una gamma visiva più vasta. Pertanto, l'intervallo spettrale dello spettrometro è uno dei parametri importanti che devono essere specificati chiaramente.
I fattori che influenzano la gamma spettrale sono principalmente il reticolo di diffrazione e il rivelatore, e il reticolo e il rivelatore corrispondenti vengono selezionati in base a diverse esigenze.
vettore
Parlando di sensibilità, è importante distinguere tra sensibilità in fotometria (la più piccola intensità del segnale che unspettrometro(può rilevare) e sensibilità nella stechiometria (la più piccola differenza di assorbimento che uno spettrometro può misurare).
a. Sensibilità fotometrica
Per applicazioni che richiedono spettrometri ad alta sensibilità, come la fluorescenza e la spettroscopia Raman, consigliamo gli spettrometri a fibra ottica termoraffreddati SEK con rivelatori CCD a matrice bidimensionale da 1024 pixel termoraffreddati, lenti di condensazione del rivelatore, specchi in oro e fenditure larghe (100 μm o più). Questo modello può utilizzare tempi di integrazione lunghi (da 7 millisecondi a 15 minuti) per migliorare l'intensità del segnale, ridurre il rumore e ampliare la gamma dinamica.
b. Sensibilità stechiometrica
Per rilevare due valori di tasso di assorbimento con ampiezza molto simile, non è necessaria solo la sensibilità del rivelatore, ma anche il rapporto segnale/rumore. Il rivelatore con il rapporto segnale/rumore più elevato è il rivelatore CCD a matrice bidimensionale termoelettricamente refrigerata a 1024 pixel dello spettrometro SEK, con un rapporto segnale/rumore di 1000:1. La media di più immagini spettrali può anche migliorare il rapporto segnale/rumore, e l'aumento del numero di medie farà sì che il rapporto segnale/rumore aumenti con la radice quadrata; ad esempio, una media di 100 volte può aumentare il rapporto segnale/rumore di 10 volte, raggiungendo 10.000:1.
Risoluzione
La risoluzione ottica è un parametro importante per misurare la capacità di separazione ottica. Se è necessaria una risoluzione ottica molto elevata, si consiglia di scegliere un reticolo con 1200 linee/mm o superiore, insieme a una fenditura stretta e un rivelatore CCD da 2048 o 3648 pixel.
Data di pubblicazione: 27 luglio 2023